Definition Was ist eigentlich ein Zylindersensor

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Zylindersensoren dienen zur Abfrage der Kolbenposition in Pneumatikzylindern und Greifern. Entsprechend breitgefächert ist ihr potenzieller Einsatzbereich. Welche Arten Zylindersensoren es gibt, wie sie aufgebaut sind und welche Vor- und Nachteile sie besitzen, erklären wir in diesem Überblick.

Zylindersensoren werden oftmals auch als magnetische Zylindersensoren bezeichnet. Im Grunde ist diese Bezeichnung jedoch irreführend, da es sich hierbei eigentlich um magnetfeldempfindliche Sensoren handelt, die direkt an Pneumatikzylindern montiert werden. Für Rundzylinder stehen hierzu entsprechende Adapter oder spezielles Montagezubehör zur Verfügung. Die meisten Pneumatikzylinder-Typen haben aber zum Beispiel eine T-Nut, C-Nut, Rund- oder Trapeznut, in die sich die Zylindersensoren einschieben und befestigen lassen.

Zylindersensoren gehören neben den Magnetfeld-Näherungsschaltern und Wegmesssystemen zu den sogenannten Magnetfeldsensoren. Anders als induktive oder kapazitive Sensoren, reagieren Zylindersensoren demnach auf ein Magnetfeld, wie bereits oben beschrieben.

Welche Arten von Zylindersensoren gibt es?

Zylindersensoren existieren in verschiedenen Bauarten, wobei generell zwischen

• Reed-Kontakten (Reed-Schalter) und

• vollelektronischen Sensoren

unterschieden werden kann.

Ein Reed-Schalter besteht aus einem mit Schutzgas gefüllten und hermetisch abgeschlossenen Glaskörper, in dem sich Kontakt- bzw. Schaltzungen zumeist aus einer Eisen-/Nickellegierung befinden. Die überlappenden Kontaktzungen sind mit Rhodium beschichtet. Vereinfacht gesagt reagieren diese Kontaktzungen auf die Annäherung des im Kolben eines Pneumatikzylinders integrierten Permanentmagneten. Dieser erzeugt ein magnetisches Feld, das alle nicht ferromagnetischen Materialien, also auch das Zylinderrohr bzw. das Zylindergehäuse durchdringt. Durch den geringen Luftspalt zwischen den Enden der Kontaktzungen und der geringen Masse, die bewegt werden muss, ist nur wenig Magnetkraft erforderlich, damit die Kontaktzungen schließen und das Gerät schaltet.

Die hier dargestellte Funktionsweise beschreibt einen Reed-Schalter als sogenannten Schließer. Darüber hinaus gibt es die Schalter als

• Öffner,

• Wechsler oder

• Rastschalter,

auf die hier nicht näher eingegangen werden soll.

Pneumatik

Pneumatikzylinder – Aufbau, Funktion, Anwendung

Vollelektronische Zylindersensoren messen die Änderung eines Magnetfeldes, wobei die Geräte in der Regel hierzu einen magneto-resistiven Sensor (GMR-Chip) integrieren. Bei Annäherung eines Magnetfeldes (z. B. Rundmagnet am Zylinderkolben) verändert der Sensor seinen Widerstand, wodurch die nachgeschaltete Elektronik ein Schaltsignal auslöst. Da das magneto-resistive Element solcher Sensoren auch schwache Magnetfelder erkennt, arbeiten diese Geräte hochpräzise und ermöglichen zudem hohe Schaltabstände. Sie sind sowohl als Schließer als auch als Öffner erhältlich und reagieren als bipolare Lösungen auf den Nord- als auch Südpol eines Magneten.

Als vollelektronische Zylindersensoren werden auch Hallsensoren verwendet, deren Funktionsweise auf dem gleichnamigen Halleffekt beruht. Hallsensoren sind aber weitaus weniger empfindlich, als die zuvor beschriebenen Lösungen mit einem GMR-Chip.

Durch das in einem Hallsensor enthaltene Halbleitermaterial fließt permanent ein elektrischer Strom. Im Leiter wirkt ein magnetisches Feld senkrecht zur Stromrichtung. Durch ein anliegendes Magnetfeld wird im Sensor eine Spannungsdifferenz aufgebaut, die senkrecht zu den elektrischen und magnetischen Feldlinien steht. Somit wird auf einer Geräteseite ein Ladungsmangel und auf der anderen Seite ein Ladungsüberschuss erzeugt. Je nach Ausführung des Sensors wird hierdurch ein Schaltvorgang ausgelöst. Unterschieden wird hierbei zwischen unipolaren Hallsensoren, die entweder den Nordpol oder den Südpol erkennen, und bipolaren Hallsensoren, die auf beide Pole (Nord- und Südpol) reagieren.

Hohen Belastungen gewachsen

Aufgrund des Einbauorts sind magnetische Zylindersensoren zwangsläufig den gleichen Belastungen ausgesetzt wie die Pneumatikzylinder selbst, hierzu gehören u.a. mechanische Beanspruchungen wie starke Vibrationen, Stöße und Schläge, hohe beziehungsweise niedrige Umgebungstemperaturen oder aber der Kontakt mit Kühl-, Schmier-, Reinigungs- oder Lösungsmitteln sowie Farben oder Öle.

Definition

Was ist eigentlich ein kapazitiver Sensor?

Vor- und Nachteile von Reed-Schaltern

Vorteile:

• Reed-Schalter arbeiten potentialfrei und benötigen als mechanische Schalter keine externe Versorgungsspannung.

• Durch das hermetisch abgeschlossene Glasgehäuse sind Reed-Schalter vor äußeren Umgebungseinflüssen sehr gut geschützt, wie z. B. Öl, Wasser, chemischen Substanzen, Staub, Schmutz, etc.

Nachteile:

• Reed-Schalter sind jedoch nicht kurzschlussfest und können aufgrund des für den Reed-Kontakt benötigten Bauraums nicht beliebig klein realisiert werden.

• Darüber hinaus benötigen die Geräte im Vergleich zu vollelektronischen Zylindersensoren vergleichsweise größere Überfahrwege und verfügen überdies über eine größere Hysterese.

• Hinzu kommt außerdem, dass Reed-Schalter z. B. bei starken Erschütterungen oder Stößen zum Prellen neigen, wobei sich dann die Kontaktzungen berühren und zu einem fehlerhaften Schaltverhalten führen.

• Ein Prell-Verhalten kann aber auch beim Schließen des Reedkontaktes selbst entstehen, wodurch die nachgeschaltete Steuerung oder Auswertung unter Umständen Mehrfachsignale erfasst und somit nicht wie gewünscht reagiert.

Sensorik

Geberschnittstellen für hochdynamische Positionieranwendungen

Vor- und Nachteile vollelektronischer Zylindersensoren

Vorteile:

• Vollelektronische Zylindersensoren haben keine bewegten Teile bzw. Schaltelemente und arbeiten daher völlig verschleißfrei.

• Oftmals haben solche Geräte eine vollvergossene Elektronik, wodurch sie u.a. sehr gut gegenüber Erschütterungen und Stößen geschützt sind.

• Überdies lassen sich diese Sensoren bei sehr niedrigen sowie hohen Temperaturen einsetzen.

• Aufgrund ihrer hohen Schaltfrequenz zeichnen sie sich durch eine hohe Präzision mit guter Wiederholgenauigkeit bei gleichzeitig kleiner Hysterese aus.

• Zudem können Zylindersensoren flexibel auf unterschiedliche Magnetfeldstärken bzw. unterschiedliche Typen von Pneumatikzylindern abgeglichen werden.

• Vollelektronische Zylindersensoren mit einem Gehäuse aus Metall statt Kunststoff (siehe Nachteile) halten extremen Umgebungsbedingungen (z. B. hohe mechanische Belastungen, starke Temperaturschwankungen und auch -wechsel, hohe Schmutzbelastungen, etc.) stand und erweisen sich somit als besonders robust und langlebig.

Nachteile:

• Im Gegensatz zu Reed-Schaltern müssen die Geräte für den Betrieb an eine externe Spannungsversorgung angeschlossen werden.

• Hinzu kommt, dass der Gehäusewerkstoff vieler vollelektronischer Zylindersensoren aus Kunststoff besteht. Dieses Material unterliegt daher je nach vorherrschenden Umgebungsbedingungen am Einsatzort gewissen Alterungsprozessen, wobei das Kunststoffgehäuse in der Folge spröde oder gar rissig werden kann.

• Kunststoffgehäuse sind zudem oftmals nicht ausreichend resistent gegenüber starken Reinigungsmitteln, Ölen, Farben oder Lacken etc., wodurch die Sensoren mitunter ausfallen und daher ausgetauscht werden müssen.

Anbieter von Zylindersensoren

• Autosen

• Balluff

• Baumer

• Binsack Reedtechnik

• Dietz Sensortechnik

• Digi-Key Electronics

• Festo

• IBA-Sensorik

• IFM Electronic

• IPF Electronic

• Misumi

• MS Schramberg

• PIC Proximity Instrumentation Controls Kontaktbauelemente

• Reichelt

• RS Components

• Sick

• Willtec Messtechnik

Bei der Aufzählung handelt es sich um einen Auszug ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

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